Układ nerwowy człowieka

(1)

Diagnostyka i protetyka słuchu i

wzroku

Układ nerwowy człowieka

Przygotowała:

(2)

ośrodkowy

układ

nerwowy

układ

autonomiczny

efektory

re

ce

pt

ory

(3)

ośrodkowy układ nerwowy recep to ry

...

układ autono-miczny obwodowy układ nerwowy efektory układu autonomicznego efektory (mięśnie) i receptory czucia głębokiego

...

Ogólny schemat

połączeń systemu

nerwowego

(4)

Ważną właściwością układu

nerwowego jest fakt analizy bodźców równocześnie przez ośrodkowy i

autonomiczny układ nerwowy.

Pozwala to na niezależne włączenie do reakcji na bodziec odruchów

bezwarunkowych (układ autonomiczny) i odruchów

wyuczonych (układ somatyczny poprzez układ obwodowy).

Zasadę działania opisuje przykład:

patrząc na słońce, układ autonomiczny powoduje zwężenie się źrenic,

natomiast w wyniku pobudzenia

układu obwodowego zakrywamy oczy ręką, aby dodatkowo zmniejszyć

(5)

Układ nerwowy

Ośrodkowy układ nerwowy:

–

obwodowy układ nerwowy

–

układ autonomiczny (wegetatywny)

• układ współczulny

(6)

• Umowny podział systemu nerwowego na trzy

podsystemy.

Centralny układ nerwowy

:

mózg, móżdżek i rdzeń kręgowy.

• Obwodowy (peryferyjny) układ nerwowy

:

nerwy kręgowe i czaszkowe, dochodzące do

mięśni i receptorów czuciowych i kończące

się w rdzeniu.

• Autonomiczny układ nerwowy

• Zadanie: koordynacja funkcji

automatycznych: skurczy serca, oddychania,

trawienia, wydalania, pocenia się,

pobudzenia seksualnego.

Centrum: w pniu mózgu. Koordynacja: przez

podwzgórze.

• Układy współczulny i przywspółczulny,

działające antagonistycznie.

(7)

(8)

(9)

Neurony odpowiedzialne za odbiór bodźców

pochodzących m. in. z układu słuchu i wzroku

nazywa się neuronami sensorycznymi (ang.

sensory neurons). Odebrane bezpośrednio przez

receptory bodźce trafiają przez neurony do

mózgu w postaci śladów pamięciowych.

Drogę impulsu z układu słuchowego przedstawia

w sposób schematyczny rys. 1a.

(10)

EXTERNAL MIDDLE INTERNAL EAR SHORT-TERM LONG-TERM MOMENTANEOUS MEMORY corr. corr. Anamorph. CPU VISION TOUCH SMELL TASTE etc. REACTIONS CENTRAL NERVOUS SYSTEM [Leipp]

(11)

Różne bodźce pobudzają różne obszary mózgu:

A – płat czołowy (ośrodek węchu i smaku) B – płat ciemieniowy (dotyk)

C - płat skroniowy (słuch) D – płat potyliczny (wzrok)

II – móżdżek – m.in. Koordynacja ruchowa

(12)

Aktywność poszczególnych obszarów mózgu w wyniku wykonywania czynności antagonistycznych

(13)

(14)

Impuls sensoryczny tafia do pamięci etapami. W pierwszej kolejności trafia do pamięci operacyjne mózgu (pamięci chwilowej/

sensorycznej) , gdzie może wywołać pobudzenie odpowiednich efektorów bądź trafić do dalszej obróbki w pamięci krótkotrwałej

(interpretacja bodźca), w końcu jako doświadczenie trafia do pamięci długotrwałej (ok. 10 miliardów neuronów), gdzie może brać udział w procesie analizy bodźców.

Czas przechowywania w ukł. pamięci sensorycznej jest bardzo krótki (0,1-0,5 s), zaś w pamięci krótkotrwałej przez czas bliżej nieokreślony (zapamiętywanie poprzez powtarzanie), ale dotyczy to kilku

(15)

Układ nerwowy może reagować w trojaki sposób na wystąpienie

litery A.

Możliwe jest, że na

każdą literę zareaguje: 1. pojedyncza komórka (detektor litery) 2. specyficzny zespół komórek (konfiguracja komórek)

3. dla każdej litery

istnieje odrębny kod (układ wyładowań nerwowych)

(16)

Najprostszy odwód pamięci składa się z wejścia i grupy

komórek. W procesie analizy obrazu może brać udział

pojedyncza komórka lub ich grupa, wynik analizy może

być również reakcją na kod pamięci (zespół reakcji

neuronowych). W każdym z przypadków do naszej

świadomości dotrze informacja, co np. widzimy.

Posługując się powyższym przykładem, pojedyncza

komórka wystarczy nam do stwierdzenia postrzegania

drukowanej wyraźnej litery A. Zespół komórek może

stwierdzić literę A napisaną odręcznie przez jakąś osobę,

natomiast kod pamięciowy pozwala na złożoną analizę

obrazu, wiązanie z nim emocji oraz np. wykrycie litery A w

słowie, w którym pojedyncze litery mogłyby być

nierozpoznawalne.

(17)

Ze względu na strefową funkcjonalność mózgu, ważny

zjawiskiem w procesie percepcji jest komunikacja

między półkulami. Ciało modzelowate oddziela prawą

półkulę mózgową od lewej i przekazuje informacje z

jednej strony na drugą. W następstwie budowy mózgu

składającego się z dwóch półkul mózgowych

posiadających homologiczne struktury, a także

funkcjonowania w nich ośrodków ruchowych,

wzrokowych

i

somatycznosensorycznych

przetwarzających bodźce z przeciwległej niż półkula

strony ciała, w celu integracji pracy mózgu

wytworzone zostały połączenia pomiędzy półkulami.

(18)

Możliwości percepcyjne mózgu rosną z wiekiem ze względu na zagęszczającą się sieć neuronów. Na poniższym obrazie

zaprezentowano stopień rozwoju neuronów sześciu warstw kory mózgowej w funkcji czasu obszaru mowy. Plastyczność w

reorganizacji mózgowej człowiek traci w wieku ok. 12 lat. Uważa się jednak, że istnieje zdolność dojrzałego OUN (ośrodkowego układu nerwowego) do reorganizacji funkcjonalnej wskutek uszkodzenia czy stymulacji ruchowo-czuciowej.

(19)

Możliwości percepcyjne mózgu rosną z wiekiem ze względu na zagęszczającą się sieć neuronów. Na poniższym obrazie

zaprezentowano stopień rozwoju neuronów sześciu warstw kory mózgowej w funkcji czasu obszaru mowy. Plastyczność w

reorganizacji mózgowej człowiek traci w wieku ok. 12 lat. Uważa się jednak, że istnieje zdolność dojrzałego OUN (ośrodkowego układu nerwowego) do reorganizacji funkcjonalnej wskutek uszkodzenia czy stymulacji ruchowo-czuciowej.

(20)

• Oszacowanie przepływu informacji

(świadomego):

Wzrok ok. 5000 bitów/sek;

• Zapamiętanie wymaga 10 sek, czyli ok.

5 kbit/sek.

Pozostałe zmysły 100 bitów/sek,

• Moc obliczeniowa: 5x10

13

połączeń,

zmiana rzędu 100 Hz, 5x10

15

(21)

• Uszkodzenia lewej półkuli: trudności z

mówieniem, pisaniem, czytaniem,

matematyką.

Uszkodzenia prawej półkuli: trudności z

rozpoznawaniem struktur geometrycznych,

twarzy, trudności z rysowaniem, percepcją

muzyki.

• Dominacja prawej półkuli - artyści, humaniści;

lewa -

naukowcy, umysły ścisłe.

(22)

• Budowa ciała i mózgu lekko asymetryczna.

Asymetria widoczna już na etapie płodowym.

• Prawa półkula większa i cięższa niż lewa.

• Więcej materii białej (dłuższe połączenia).

• Część czołowa szersza, wysunięta do przodu

• Niektóre obszary kory ciemieniowej

(23)

Lewa półkula:

• Część tylna szersza.

• Większa równina skroniowa

• Więcej materii szarej.

• Więcej dopaminy, mniej noradrenaliny.

• Mowa w prawej półkuli: u praworęcznych 4%,

u leworęcznych 15% + 15% obie półkule w

jednakowym stopniu.

• Mowa docierająca do prawego ucha jest

lepiej rozumiana.

(24)

• Błona komórkowa –

grubość od 50 do 100 Å

• Istnieje pewna

różnica potencjałów, po obu

stronach błony, czyli na błonie panuje pewne

napięcie elektryczne, zwane napięciem na

błonie.

• Różnica potencjałów

to ok. 60-90 mV

(25)

• Pod wpływem określonych bodźców

(elektro-

chemicznych) powstają pewne

złożone, ale krótkotrwałe procesy

elektro-chemiczne rozchodzące się wzdłuż

powierzchni błony. Te przebiegi nazywa się

potencjałami czynnościowymi.

(26)

 Błoną komórkową rządzą cztery zjawiska:

I. Różnica stężenia różnych jonów powoduje ich ruch wzdłuż gradientu stężeń tych jonów.

II. Istnieje selektywność błony polegająca na różnej zdolności przepuszczania różnych jonów.

III. Możliwy jest ruch jonów pod wpływem pola elektrycznego – gradient ładunku.

IV. Istnieje aktywny transport jonów sodu i potasu przez błonę w kierunku przeciwnym do gradientu stężeń: pompa sodowo-potasowa.

(27)

• W stanie ustalonym (spoczynku)

przepuszczalność błony jest większa dla

jonów potasu i chloru niż dla jonów sodu.

Temu zjawisku przeciwdziała strumień

pompy.

• Błona komórkowa chroni przed dyfuzją

jonów oraz elektrycznymi zależnościami –

gradientem stężeń.

(28)

(29)

• Pompa jonowa jest to aktywny mechanizm

utrzymujący duże stężenie jonów potasu i małe

jonów sodu wewnątrz komórki.

• Transmisja jonów przeciwnie do gradientowi

stężeń: jony Na

+

na zewnątrz, a jony K

+

_do

wewnątrz komórki. Do tego celu

wykorzystywana jest energia z cząsteczki ATP.

• ATP - Adenozyno-5'-trójfosforan (ATP) – organiczny związek chemiczny,

nukleotyd adeninowy zbudowany z grupy trifosforanowej przyłączonej w pozycji 5' cząsteczki adenozyny, tworząc bezwodnik kwasu fosforowego[2]. Odgrywa ważną

rolę w biologii komórki, jako wielofunkcyjny koenzym i molekularna jednostka w wewnątrzkomórkowym transporcie energii[3]_.

(30)

• Pompa sodowo-

potasowa stanowi przykład

mechanizmu aktywnego transportu. Transport ten

polega na "przepompowywaniu" cząstek z obszaru

o niższym stężeniu do obszaru o stężeniu

wyższym (wbrew malejącemu gradientowi

stężenia), energii zakumulowanej w tym

gradiencie nie można wykorzystać, konieczne jest

zatem dostarczenie jej z innego źródła (często jest

nim ATP).

(31)

(32)

Budowa komórki nerwowej

Różnice w kształcie komórki nerwowej wynikają z funkcji, jaką pełni oraz od miejsca występowania np. komórki układu obwodowego mają dłuższy akson.

(33)

Budowa komórki nerwowej

• Część odbiorcza:

- drzewo dendrytowe,

• Część przewodząca:

- akson (neuryt),

• Część nadawcza:

-

zakończenia nerwowe

z synapsami.

(34)

• Akson (neuryt) jest swoistym

odpowiednikiem przewodnika w komórce

nerwowej, którego zadaniem jest

przesyłanie informacji z ciała komórki do

zakończeń nerwowych.

• Neuryt otoczony jest

osłonką mielinową.

Mielina

pełni funkcję ochrony

mechanicznej oraz izolatora

elektrycznego aksonu.

(35)

• Impuls nerwowy przechodzący przez osłonięty

neuryt jest tłumiony. Tłumienność zależy od

grubości włókna. Jednakże jego prędkość jest

ogromna, gdyż jest izolowany.

• Aby sygnał mógł się odnowić, co pewną

odległość występują przewężenia – miejsca

nieosłonięte mieliną – zwane

przewężeniami

Ranviera. Nie ma w nich mieliny

, lecz duża

liczba kanałów jonowych.

(36)

• W przewężeniu prędkość sygnału jest

bardzo wolna, jednakże służą one temu, aby

impuls uległ regeneracji, czyli

powtórnemu uzyskaniu

potencjału

czynnościowego

Akson

Rys. Rozkład amplitud przebiegów wzdłuż włókna zmielinizowanego

(37)

Propagacja potencjałów czynnościowych

(38)

Włókno: Prędkość: grube 20 – 150 [m/s] średnie 3 – 15 [m/s] cienkie 0,5 – 2 [m/s]

Akson

Tłumienie Prędkość Przewężenie Ranviera małe wolna Akson otoczony

(39)

• Dendryty pełnią funkcję

odbiorczą w

neuronie. Przesyłają odebraną za pomocą

synaps

informację z innych neuronów do

ciała komórki.

• Posiadają rozgałęzioną strukturę.

(40)

• Potencjał spoczynkowy – jest to różnica

potencjałów na błonie komórkowej w stanie

spoczynku komórki. Wynosi od -60 do -90 [mV].

• Potencjał czynnościowy – jest to chwilowa zmiana

potencjału na błonie komórkowej.

Potencjały

Potencjał

czynnościowy trwa ok. 1 [ms] w przypadku komórki nerwowej

(41)

• Gdy pojawia się potencjał

czynnościowy znikają bariery dla Na+_.

Wnika on do wnętrza komórki zgodnie z gradientem stężeń.

Powstanie potencjału

czynnościowego

 Dla potencjału czynnościowego

wnętrze staje się bardziej dodatnie w wyniku wnikania

jonów sodu. Faza, w której jony wnikają do środka to faza

depolaryzacji.

 Kolejnym etapem jest otwarcie

kanałów potasowych. Te zmiany zachodzą wzdłuż aksonu – czyli pobudzenie – potencjał się przesuwa.

(42)

Powstanie potencjału czynnościowego

1 2 3

2 3

(43)

Potencjał czynnościowy

FAZY: 1. Depolaryzacja (narastanie potencjału) 2. Repolaryzacja 3. Polaryzacja

(44)

Potencjał czynnościowy

FAZY budowania pot. czynnościowego: 1. Potencjał spoczynkowy 2. Przekroczenie progu 3. Narastanie potencjału czynnościowego 4. Faza opadania potencjału 5. Powrót do stanu początkowego http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/chp44/4402002.html

(45)

Potencjał czynnościowy

FAZY budowania pot. czynnościowego: 1. Potencjał spoczynkowy 2. Przekroczenie progu (threshold) 3. Narastanie potencjału czynnościowego 4. Faza opadania potencjału 5. Powrót do stanu początkowego

(46)

Potencjał czynnościowy

FAZY budowania pot. czynnościowego: 1. Potencjał spoczynkowy 2. Przekroczenie progu 3. Narastanie potencjału czynnościowego 4. Faza opadania potencjału 5. Powrót do stanu początkowego

(47)

Potencjał czynnościowy

(48)

Potencjał czynnościowy

(49)

Potencjał czynnościowy

(50)

Potencjał czynnościowy

(51)

• Aby mógł się

wytworzyć

potencjał

czynnościowy,

pobudzenie

musi

przekroczyć

potencjał

progowy Up.

Potencjał czynnościowy

(52)

Potencjał czynnościowy

Rys. Zmiany przewodności dla jonów sodu i potasu na tle przebiegu potencjału czynnościowego w czasie.

(53)

 W czasie refrakcji

bezwzględnej nie może

wytworzyć się potencjał czynnościowy.

 W czasie refrakcji względnej może się wytworzyć, jednakże pobudzenie musi przekroczyć podwyższone napięcie progowe.  Refrakcja zabezpiecza przed

sumowaniem się potencjałów cz.

oraz zapewnia przewodzenie potencjału tylko w jednym kierunku.

(54)

Rozchodzenie się potencjału

czynnościowego w aksonie

(55)

• Za ich pomocą odbywa się

przekazywanie i odbiór

sygnałów elektrycznych

pomiędzy komórkami. Dzieje

się to za pomocą określonej

substancji chemicznej –

mediatora

(neuroprzekaźnika) np.:

acetylocholiny.

(56)

Sygnał elektryczny dociera do synapsy, tam w pęcherzykach synaptycznych znajduje się neuroprzekaźnik . Zostaje on wydzielony do szczeliny

synaptycznej.

Od strony wydzielającej można wyróżnić błonę presynaptyczną, zaś po stronie odbiorczej błonę postsynaptyczną.

Synapsy

(57)

 Synapsy są gęsto ułożone na zakończeniach k. nerwowych. Jest ich bardzo dużo, ich

działanie jest rozłożone w czasie (mediator rozkładany jest z pewną stałą czasową: 2 do 4 ms).

 Podczas przekazywania informacji nie działa jedna synapsa, lecz wiele. Stąd mówi się o sumowaniu: przestrzennym i czasowym bodźców.

Synapsy

Przykład rozmieszczenia synaps na komórce nerwowej

(58)

• Mamy synapsy pobudzające i hamujące, które doprowadzają do stanu równowagi.

Synapsy

Średnica synapsy 0,5 – 2 [μm] Szczelina synaptyczna 200 Å Opóźnienie synaptyczne 0,5 [ms] Czas przesłania informacji przez

(59)

Różnice pomiędzy rozchodzeniem się bodźca w aksonie a pobudzeniem rozchodzącym się w synapsie

Pobudzenie aksonu to zjawisko określane w fizjologii "wszystko albo nic", polegające na tym, że bodziec, jeśli jest dostatecznie silny, wyzwala zawsze tę samą reakcję,

jeśli jest zbyt słaby, nie jest w stanie nawet reakcji zapoczątkować.

W synapsie, każdy nadchodzący bodziec powoduje przejście na drugą stronę szczeliny synaptycznej pewnej porcji mediatora chemicznego. Synapsy przewodzą sygnał

tylko w jednym kierunku — od aksonu jednej komórki do dendrytu drugiej.

(60)

Równowagę zapewnia fakt, że na ciele komórkowym i jego dendrytach znajduje się wiele zakończeń aksonów i rzadko neuron pobudzany jest przez bodziec nadchodzący tylko z jednego, nadchodzące po sobie sygnały sumują się. Dzięki temu systemowi, zniszczenie kilku komórek nerwowych nie

zakłóca wykonywanej przez nie czynności, ponieważ ich rolę przejmują komórki sąsiednie (kanały równoległe).